informe-1-nota-47

Vista previa del material en texto

lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
El Diodo Semiconductor 
Yersain Castaño Arenas, Cristian David Sosa Aguirre, Aldemar Enríquez López 
Grupo No. 4. Sub-grupo No. 5 
 
Laboratorio de Electrónica de Análoga y Digital – Programa de Ingeniería Eléctrica, 
Universidad Tecnológica de Pereira 
 
yercastaño@utp.edu.co 
cristiandavid@utp.edu.co 
aenriquez@utp.edu.co 
 
Abstract- En el presente documento se encuentra información 
sobre la conducción del diodo, permitiendo encontrar las 
características más relevantes a través de las distintas topologías 
propuestas con diferentes diodos. 
 
I. INTRODUCCION 
 
El diodo es uno de los dispositivos básicos, pero a su vez 
de alta importancia en el uso de la electrónica debido a su naturaleza 
semiconductora. Gracias a ello diferentes dispositivos se han 
desarrollado y hasta el día de hoy se sigue implementando. 
Existen diferentes tipos de diodos, en este documento se 
mencionan 3 en específico que son: 
 
A. Diodo de Propósito General 
 
Es el diodo semiconductor que se conoce comúnmente, 
este dispositivo solo permite la circulación de corriente cuando se le 
aplica una tensión ánodo-cátodo positiva y si supera cierto umbral de 
activación, aunque este umbral puede variar dependiendo de la 
corriente de circulación, temperatura en otras variables, normalmente 
para los diodos de silicio su tensión de activación es de 0.7V y para 
los de germanio es de 0.3V 
 
B. Diodo Rápido 
 
Este diodo su principio de operación es el mismo que el de 
uno de propósito general, excepto que se utiliza para aplicaciones de 
alta conmutación. Esto se debe a que presenta un tiempo de 
recuperación inversa (tiempo en desalojar la carga cuando conmuta 
de polarización directa a inversa) mucho menor por lo que se 
implementan para estas aplicaciones. 
 
C. Diodo Zener 
 
Este diodo en polarización directa funciona como un diodo 
de propósito general, es decir; permite el paso de corriente solamente 
cuando su tensión ánodo-cátodo es positiva y supera cierto umbral de 
activación, sin embargo, se caracteriza porque permite la circulación 
de corriente cuando se polariza en inversa (tensión ánodo-cátodo 
negativa), para que se pueda activar el dispositivo, la tensión 
negativa debe ser menor a una tensión que se le denomina voltaje 
Zener. 
● 1 diodo zener BZM55C6V2 (6,2V) 
● 1 diodo 4N4004 
● 1 resistor de 100 Ω 
● 1 resistor 1kΩ 
● 1 resistor 10 kΩ 
● Osciloscopio 
● Fuente generadora DC 
● Fuente generadora AC 
● Multímetro 
● Cables de conexión 
● Protoboard 
● Bombilla de 120V, 100W 
● Clavija 
● Breaker 1A 
 
III. METODOLOGIA Y ANALISIS DE 
RESULTADOS 
 
A. Característica de conducción directa del diodo 
 
Para obtener la característica de conducción directa del 
diodo se implemento el circuito de la figura 1 (ver Fig. 1) 
 
Fig. 1 Circuito de conducción directa del diodo 
 
El diodo utilizado es el 1N4148 y la resistencia es de 1KΩ. 
Para obtener la característica se varió la tensión de 
alimentación de la fuente generadora, tal como se indica en la tabla 1 
(ver tabla 1), tomando mediciones de la tensión en el diodo y en la 
resistencia, y dado que se conoce la relación lineal entre tensión y 
corriente en la resistencia se pudo calcular la corriente a través del 
diodo. Los resultados son los siguientes: 
 
II. MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO 
 
● 1 diodo 1N4148 
● 1 diodo 1N4732A (4.7V) 
mailto:yercastaño@utp.edu.co
mailto:cristiandavid@utp.edu.co
mailto:aenriquez@utp.edu.co
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
VD vs ID 
0.01 
0.01 
0.01 
0 
0 
0 
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 
TENSION EN EL DIODO 
VD Vs ID 
0.01 
0.01 
0.01 
0 
0 
0 
0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 
TENSION EN EL DIODO 
TABLA I. 
TENSION Y CORRIENTE DEL DIODO 
 
Como se puede observar al comparar las dos graficas 
anteriores, son diferentes, la principal causa es que en el laboratorio 
los elementos tienen antigüedad y no se puede saber cual es su 
fabricante para asi poder obtener la curva teórica correspondiente, sin 
embargo, se observa que la figura 2 (Ver Fig. 2), tiene una alta 
pendiente entre 0.6 y 0.8V, se comporta de manera lineal, tal como 
sucede en la figura 3 (Ver Fig.3), entre el mismo rango de tensión. 
 
En las guías del laboratorio explica que se debe variar la 
tensión entre 0.5 y 1V para descubrir el umbral de activación del 
diodo, sin embargo, se descubrió que el diodo es de germanio y su 
tensión de activación es 0.4 V, este hecho se puede corroborar al 
analizar la tabla 1 para ese nivel de tensión. 
 
Luego se repite el procedimiento anterior para la medición, 
pero cuando al dispositivo se le acerca una fuente de calor los 
resultados son los siguientes: 
 
 
De esta manera se puede construir la curva característica de 
conducción del diodo, es la siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2 Característica de conducción del diodo experimental 
 
Una curva característica de conducción directa teórica es la 
TABLA II 
TENSION Y CORRIENTE DEL DIODO SOMETIDO A UNA FUENTE 
DE CALOR EXTERNA 
 
VC(V) VD(V) VR(V) ID (mA) 
0.5 0,5 0 0 
1 0,665 335mV 335uA 
2 0,693 1,307 1,307 
3 0,704 2,296 2,296 
4 0,714 3,286 3,286 
5 0,717 4,283 4,283 
6 0,727 5,273 5,273 
7 0,728 6,272 6,272 
8 0,738 7,262 7,262 
9 0,744 8,256 8,256 
10 0,746 9,254 9,254 
 
De esta manera se puede construir la curva característica de 
conducción del diodo, es la siguiente: 
siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3 Característica de conducción del diodo teórica 
Fig. 4 Característica de conducción del diodo experimental sometido a una 
fuente de calor externa. 
 
Claramente se puede observar que cuando el diodo se 
somete a una fuente de calor externa, este presenta una pendiente 
mucho mas inclinada, se puede seguir considerando lineal, sin 
embargo con cambios mas bruscos que cuando no se había sometido 
a calor el diodo, este comportamiento se debe a que estos 
dispositivos se ven afectados directamente por la temperatura, al 
comparar los resultados de la tabla 1 y la tabla 2, se observa que con 
temperatura se requiere de mayor tensión pero menos corriente para 
C
O
R
R
IE
N
T
E
 D
E
L 
D
IO
D
O
 
C
O
R
R
IE
N
T
E
 D
E
L 
D
IO
D
O
 
VC(V) VD(V) VR(V) ID (mA) 
0.2 0.2 0 0 
0.3 0.3 0 0 
0.4 0.389 11mV 11uA 
0.5 0.453 47mV 47uA 
1 0.561 439mV 439uA 
2 0.619 1.381 1.381 
3 0.651 2.35 2.35 
4 0.672 3.328 3.328 
5 0.687 4.313 4.313 
6 0.7 5.3 5.3 
7 0.711 6.289 6.289 
8 0.721 7.28 7.28 
9 0.731 8.269 8.269 
10 0.737 9.263 9.263 
 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
el mismo valor de excitación, se debe a que cuando la temperatura 
aumenta, las juntas del material se acercan permitiendo más fácil el 
flujo de electrones a través del dispositivo para un mismo valor de la 
fuente de excitación. 
 
B. Característica de conducción inversa del diodo 
 
Para obtener la característica de conducción directa del 
diodo se implementó el circuito de la figura 5 (ver Fig. 5) 
 
 
 
 
 
 
 
siguiente: 
 
Fig. 6 Característica del diodo polarizado en inversa. 
 
Una curva característica de conducción directa teórica es la 
 
 
Fig. 5 Circuito del diodo polarizado en inversa 
 
El diodo utilizado es el 1N4148 y la resistencia es de 1KΩ. 
Para obtener la característica se varió la tensión de 
alimentación de la fuente generadora, tal como se indica en la tabla 3 
(ver tabla 3), tomando mediciones de la tensión en el diodo y en la 
resistencia, y dado que se conoce la relación lineal entre tensión y 
corriente en la resistencia se pudo calcular la corriente a través del 
diodo. Los resultados son los siguientes: 
 
TABLA III. 
TENSION Y CORRIENTE DEL DIODO EN INVERSA 
 
VC(V) VD(V) VR (mV) ID (uA) 
1 1 2 24 3,998 10 10 
7 6,99 20 20 
10 9,98 20 20 
13 12,98 20 20 
16 15,98 30 30 
19 18,97 30 30 
22 21,96 40 40 
25 24,96 40 40 
28 27,95 50 50 
30 29,95 50 50 
 
De esta manera se puede construir la curva característica de 
conducción del diodo polarizado en inversa, es la siguiente: 
 
 
 
Fig. 7 Característica del diodo polarizado en inversa teórica 
 
Como se puede observar al comparar las dos graficas 
anteriores, son diferentes, la principal causa es que en el laboratorio 
los elementos tienen antigüedad y no se puede saber cuál es su 
fabricante para asi poder obtener la curva teórica correspondiente. 
Sin embargo, al observar la figura 7, a medida que la tensión 
aumenta, la corriente también crece y de manera no lineal pero 
cambia de manera suave, en cambio la figura 6, la corriente parece 
como si estuviese de manera discreta por que realiza es saltos, tal vez 
con intervalo de medida mas pequeño se pueda lograr una curva 
similar a la teórica, ya que si observa la tendencia que a mayor 
tensión en inversa, mayor es la corriente de fuga. 
 
C. Característica de conducción inversa del diodo Zener 
 
Se utiliza el mismo circuito y procedimiento anterior para 
encontrar la característica inversa del diodo, solo que en vez de ser 
un diodo de propósito general se utiliza un diodo Zener 1N4732A, el 
circuito a implementar es el siguiente: 
VD vs ID POLARIZADO EN INVERSA 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
0 5 10 15 20 25 30 35 
TENSION EN EL DIODO 
C
O
R
R
IE
N
T
E
 E
N
 E
L
 D
IO
D
O
 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
VZ vs IZ 
0 
0 
0 
0 
0 
0 
3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 
TENSION IZ 
 
 
Fig. 8 Circuito del diodo zener polarizado en inversa. 
 
Los datos obtenidos fueron los siguientes: 
 
TABLA IV. 
TENSION Y CORRIENTE DEL DIODO ZENER EN INVERSA 
 
VC(V) VZ(V) VR (V) IZ (mA) RZ(Ω) 
4,2 3,512 688 mV 688 uA 5104,65 
4,7 3,677 1.023 1.023 3594,33 
5,2 3,803 1.397 1.397 2722,262 
5,7 3,904 1.796 1.796 2173,72 
6,2 3,986 2.214 2.214 1800,36 
 
De esta manera se puede construir la curva característica de 
conducción del diodo zener polarizado en inversa, es la siguiente: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 9 Característica del diodo zener polarizado en inversa. 
 
Como se puede observar de la figura anterior se podría 
pensar que se comporta de manera lineal, pero, como se muestra en 
la tabla 4 no es lineal porque RZ que es la característica de la curva 
denominada resistencia dinámica va disminuyendo a medida que la 
tensión eléctrica aumenta, es decir; la corriente aumenta a medida 
que la tensión lo hace. 
Al no tener referencias cual es el fabricante del diodo no se 
puede comparar la curva obtenida experimentalmente con la teórica. 
 
D. Recortador Doble con Diodo Zener 
 
Se monta el circuito de la figura 10 utilizando el diodo 
zener del punto anterior y un diodo zener BZM55C6V2 y una 
resistencia de 10KΩ 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 10 Circuito recortador con dos diodos zener. 
 
Con la ayuda del osciloscopio se toman mediciones del 
comportamiento del circuito para diferentes casos: 
 
1) Onda Triangula con Frecuencia de 1KHz 
 
 
Fig. 11 Onda triangular1 
C
O
R
R
IE
N
T
E
 IZ
 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
Fig. 12 Onda triangular2 
 
Como se observa el semiciclo positivo al tener el diodo 
1N4732A con una tensión de activación de 4.2 voltios, este se activa 
primero que el del semiciclo negativo que es de 6.2V, por esta razón 
se recorta mayormente en el semiciclo positivo, también a medida 
que la magnitud aumenta el recorte se es mas notorio ya que una vez 
que el diodo se activa su tensión tiende a ser la misma. 
 
2) Onda Sinusoidal con Frecuencia de 1 KHz 
 
Fig. 13 Onda sinusoidal1 
 
Fig. 14 Onda sinusoidal2 
 
 
Fig. 15 Onda sinusoidal3 
 
Los resultados obtenidos fueron los mismos que el del 
literal anterior ya que lo único que cambia es la señal de entrada 
triangular por una sinusoidal pero la topología y parámetros del 
circuito son los mismos. 
 
3) Onda Triangula con Frecuencia de 1KHz Intercambiando 
de Posición los Diodos 
 
Fig. 16 Onda triangular1 con intercambio de posiciones de diodos 
 
Fig. 17 Onda triangular2 con intercambio de posiciones de diodos 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 17 Onda triangular3 con intercambio de posiciones de diodos 
 
Al intercambiar de posiciones los diodos ya el semiciclo 
negativo es el que tiene menor voltaje de activación en magnitud, por 
lo que va a suceder primero el recorte en este semiciclo, que en el 
semiciclo positivo 
 
4) Onda Sinusoidal con Frecuencia de 1KHz Intercambiando 
de Posición los Diodos 
 
Fig. 18 Onda sinusoidal1 con intercambio de posiciones de diodos 
Fig. 19 Onda sinusoidal2 con intercambio de posiciones de diodos 
 
 
Fig. 20 Onda sinusoidal3 con intercambio de posiciones de diodos 
 
Los resultados obtenidos fueron los mismos que el del 
literal anterior ya que lo único que cambia es la señal de entrada 
triangular por una sinusoidal pero la topología y parámetros del 
circuito son los mismos. 
 
E. Obtención de la curva característica del diodo 
 
Como ultimo circuito a implementar es el que se muestra 
en la figura 21. En las guías se especifica utilizar un potenciómetro, 
pero debido al mal estado de los equipos en el laboratorio se utilizó 
en su lugar un trimmer de 5kΩ y se fijó en una resistencia mínima de 
527Ω, similar a la resistencia mínima de un potenciómetro, el 
osciloscopio se configuró en modo EXT y modo ‘X’ y ‘Y’. 
 
 
 
lOMoAR cPSD|3707762 
 
 
 
Fig. 21 Circuito para obtener la curva característica. 
El resultado obtenido es el siguiente: 
 
Fig. 22 Curva característica del diodo 
 
El canal 1 corresponde a la tensión en el diodo y el canal 2 
a la tensión en la resistencia que es proporcional a la corriente en el 
diodo, ajustado esos valores a una escala apropiado se obtiene la 
siguiente imagen: 
[3] “1N4004 data sheet,” Vishay General Semiconductor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 23 Curva característica del diodo2 
 
IV. CONCLUSIONES 
 
● Como se pudo observar en este informe, se pudo lograr los 
objetivos de la práctica, encontrar los comportamientos 
característicos mas importantes de los diferentes tipos de 
diodos que se pueden encontrar. 
 
● El estado de los dispositivos y elementos de medición es de 
vital importancia para el buen desarrollo de la práctica, 
durante la ejecución de esta se encontró elementos 
dañados, puntas captoras en mal, cables de conexión rotos 
internamente, por lo que antes de montar cualquier circuito 
se debe comprobar su funcionamiento. 
 
BIBLIOGRAFIA 
[1] R.L. BOYLESTAD y L. NASHELSKY, Electronic devices 
and circuit theory, 10th edition, 10th ed, Ed Pearson 
Education, Inc, Unitated States, 2009 
[2] “1N4148 data sheet,” Vishay Semiconductors 
VD vs ID 
0.1 
0.08 
0.06 
0.04 
0.02 
0 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 
TENSION EN EL DIODO 
C
O
R
R
IE
N
T
E
 E
N
 E
L
 D
IO
D
O